СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИНДУКТИВНОЙ СТРУКТУРЫ И ИНДУКТИВНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2021 года по МПК H01F41/02 

В данную заявку на патент включается по ссылке содержание заявки на патент Германии DE 102019211439.3.

Предлагаемое изобретение относится к способу производства индуктивной структуры и к индуктивной структуре.

В ЕР 2211360 А2 раскрывается способ производства индуктивной структуры. Из катушки и ряда магнитных порошков последовательно получают твердое тело. Для получения индуктивной структуры это тело затем помещают в печь и спекают при температуре около 900°С.

Целью предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами.

Эта цель достигается созданием способа производства индуктивной структуры, имеющего следующие стадии: обеспечивают наличие базового тела, содержащего магнитный материал, спекают это базовое тело, измельчают спеченное базовое тело для получения частиц, получают по меньшей мере одну смесь (далее также «смеси», причем смесь может быть и одна) из этих частиц и связующего агента, помещают эти смеси и по меньшей мере одну катушку (далее также «катушки», причем катушка может быть и одна) в форму и активируют связующий агент в упомянутых смесях, так чтобы частицы образовали со связующим агентом по меньшей мере один магнитный сердечник (далее также «сердечники», причем магнитный сердечник может быть и один), по меньшей мере частично охватывающий упомянутые катушки. Сначала обеспечивают наличие базового тела, содержащего магнитный материал. Этот магнитный материал можно получить, например, повторной переработкой магнитных отходов, или же переработкой сырья. Для получения магнитного материала магнитные отходы можно измельчить, просеять и/или перемешать и активировать. В частности, из магнитного материала изготовлено базовое тело. Спекание базового тела можно выполнять при сравнительно высокой температуре легко и с малыми затратами, так как спекание осуществляют без катушек, поэтому можно не принимать во внимание температуру плавления материала катушек. После спекания спеченное базовое тело измельчают с получением частиц. Измельчением и/или выбором частиц для получения смесей можно воздействовать на электромагнитные свойства индуктивной структуры. Затем получают смеси из частиц и связующего агента. Смеси вместе с катушками помещают в форму, после чего активируют связующий агент, так чтобы он связал частицы с образованием сердечников. Полученные сердечники охватывают катушки желаемым образом. Предпочтительно такое решение, когда сердечники охватывают катушки полностью, за исключением выводов. Спекание выполняют без катушек, а частицы для получения сердечников связывают с помощью связующего агента, поэтому производство индуктивной структуры осуществляется легко и с малыми затратами. Измельчение спеченного базового тела и выбор частиц для получения смесей позволяет конкретным образом воздействовать на электромагнитные свойства индуктивной структуры.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором используют магнитный материал, содержащий в своем составе по меньшей мере один ферритовый материал. Ферритовые материалы легкодоступны и недороги. Ферритовый материал обеспечивает высокую индуктивность и/или плавное насыщение. Ферритовый материал обеспечивает более низкие потери переменного напряжения и/или выдерживает более высокие значения напряжения при испытаниях на электрическую прочность. В состав ферритового материала входят такие компоненты, как марганец (Μn), цинк (Ζn) и/или никель (Ni), например, в виде NiZn и/или MnZn.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором спекание выполняют при температуре T_S, которая больше или равна 1000°С, предпочтительно - больше или равна 1100°С, еще более предпочтительно- больше или равна 1200°С. Спекание выполняют в отсутствие катушек, поэтому его можно выполнять при более высокой температуре T_S. Продолжительность операции спекания тем меньше, чем выше температура T_S. Таким образом, можно сократить продолжительность операции спекания. Спекание оказывает действие на электромагнитные свойства частиц. Температуру T_S и продолжительность спекания можно легко и гибким образом варьировать или задавать, поэтому этими параметрами можно воздействовать на электромагнитные свойства желаемым образом.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором частицы имеют соответствующее аспектное отношение и перед созданием смеси аспектные отношения частиц по меньшей мере частично уменьшают. Аспектное отношение - это отношение минимального размера A_min к максимальному размеру A_max частицы. То есть, для аспектного отношения А верна формула А=A_min/A_max. Для получения смеси частицы обрабатывают таким образом, чтобы их форма была близка к сферической и/или кубической. При обработке аспектные отношения частиц по меньшей мере частично уменьшаются. Поскольку форма спеченных частиц приближается к сферической или кубической, получаемые сердечники имеют практически равномерную плотность и, следовательно, практически равномерные электромагнитные свойства. Кроме того, такие сердечники имеют высокую механическую стабильность, так как частицы равномерно смочены связующим агентом.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором перед получением смеси частицы обрабатывают с помощью шаровой мельницы. В результате обработки частиц с помощью шаровой мельницы их форма становится близкой к сферической и/или кубической.

Обработка действует таким образом, что аспектные отношения частиц по меньшей мере частично уменьшаются. Шаровая мельница содержит вращаемый барабан, в котором находятся шары, например, из металла. Частицы подают в шаровую мельницу как материал для помола, и они подвергаются в этом барабане обработке шарами, как описано.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором перед получением смеси частицы сортируют по форме и/или размеру. Частицы, сортируемые по форме и/или размеру, можно подобрать для смеси желаемым образом. Сортировку или подбор частиц по форме можно осуществлять, например, таким образом, чтобы для получения смеси были отобраны и использованы частицы с аспектным отношением А, равным по меньшей мере 0,5, предпочтительно - по меньшей мере 0,6, более предпочтительно - по меньшей мере 0,7, еще более предпочтительно - по меньшей мере 0,8, еще более предпочтительно- по меньшей мере 0,9. Кроме того, частицы можно сортировать по размеру, например, таким образом, чтобы получать первую фракцию, крупную, и вторую фракцию, мелкую. Кроме того, частицы можно сортировать по размеру, например, таким образом, чтобы получать частицы с желаемым диапазоном размеров. Подбор частиц по форме и/или размеру позволяет целенаправленно воздействовать на электромагнитные свойства магнитных сердечников.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором по меньшей мере 70% частиц, используемых для получения смеси, имеют аспектное отношение А в пределах 0,5≤А≤1, предпочтительно - в пределах 0,6≤А≤1, более предпочтительно - в пределах 0,7≤А≤1, еще более предпочтительно - в пределах 0,8<А<1, еще более предпочтительно - в пределах 0,9≤А≤1. Предпочтительно такое решение, когда аспектное отношение А имеют по меньшей мере 80%, более предпочтительно - по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% частиц, используемых для получения смеси. Такое аспектное отношение А гарантирует, что форма частиц как можно более близка к сферической или кубической. Аспектное отношение А - это отношение минимального размера A_min к максимальному размеру A_max частицы. То есть, A=A_min/A_max. Предпочтительно такое решение, когда аспектное отношение А находится в пределах 0,5≤А≤1, предпочтительно - в пределах 0,6≤А≤0,9, более предпочтительно - в пределах 0,7≤А≤0,8. Аспектное отношение А может выбираться в зависимости от желаемого распределения магнитного потока. Выгодные свойства обеспечиваются при А ≈0,75.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором по меньшей мере 70% частиц, используемых для получения смеси, имеют минимальный размер A_min, в пределах 10 мкм ≤ A_min ≤ 1000 мкм. Предпочтительно такое решение, когда по меньшей мере 80%, более предпочтительно - по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% используемых частиц имеют такой минимальный размер A_min. Предпочтительно такое решение, когда используемые частицы сортируют по размеру на первую фракцию и вторую фракцию. Предпочтительно такое решение, когда минимальный размер A_1min частиц первой фракции находится в пределах 500 мкм ≤ A_1min ≤ 1000 мкм, более предпочтительно - в пределах 600 мкм ≤ A_1min ≤ 900 мкм, еще более предпочтительно - в пределах 700 мкм ≤ A_1min ≤ 800 мкм. Предпочтительно такое решение, когда минимальный размер A_2min частиц второй фракции находится в пределах 10 мкм ≤ A_2min ≤ 500 мкм, более предпочтительно - в пределах 100 мкм ≤ A_2min ≤ 400 мкм, еще более предпочтительно - в пределах 200 мкм ≤ A_2min ≤ 300 мкм. Предпочтительно такое решение, когда по меньшей мере 70%, более предпочтительно - по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно- по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% используемых частиц имеют такой минимальный размер A_1min или A_2min.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором перед получением смеси частицы сортируют на первую фракцию и вторую фракцию, частицы которой отличаются от частиц первой фракции. Предпочтительно такое решение, когда частицы первой и второй фракций различаются формой и/или размерами. Предпочтительно такое решение, когда частицы сортируют по аспектному отношению и/или по размеру, например, по их минимальному и/или максимальному размеру. Такая сортировка используемых частиц позволяет воздействовать на электромагнитные свойства индуктивной структуры желаемым образом.

Предпочтительно такое решение, когда частицы сортируют на первую фракцию, крупную, и вторую фракцию, мелкую. Поскольку частицы рассортированы на первую фракцию, крупную, и вторую фракцию, Мелкую, их можно использовать для приготовления первой смеси для получения первого сердечника и второй смеси для получения второго сердечника. Для приготовления первой смеси со связующим агентом смешивают частицы первой фракции. Соответственно, для приготовления второй смеси со связующим агентом смешивают частицы второй фракции. Катушки и первую смесь помещают в форму, после чего активируют связующий агент первой смеси, так чтобы частицы первой фракции образовали со связующим агентом первый сердечник. Полученный полуфабрикат, содержащий катушки и первый сердечник, вместе со второй смесью помещают во вторую форму. Затем активируют связующий агент второй смеси, так чтобы частицы второй фракции образовали со связующим агентом второй сердечник. Этот второй сердечник по меньшей мере частично охватывает первый магнитный сердечник и катушки.

Предпочтительно такое решение, когда минимальный размер A_1min частиц первой фракции находится в пределах 500 мкм ≤ A_1min ≤ 1000 мкм, более предпочтительно - в пределах 600 мкм ≤ A_1min ≤ 900 мкм, еще более предпочтительно - в пределах 700 мкм ≤ A_1min ≤ 800 мкм. Предпочтительно такое решение, когда минимальный размер A_2min частиц второй фракции находится в пределах 10 мкм ≤ A_2min ≤ 500 мкм, более предпочтительно - в пределах 100 мкм ≤ A_2min ≤ 400 мкм, еще более предпочтительно - в пределах 200 мкм ≤ A_2min ≤ 300 мкм. Предпочтительно такое решение, когда по меньшей мере 70%, более предпочтительно - по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно- по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% используемых частиц имеют такой минимальный размер A_1min или A_2min.

Такое двухстадийное производство позволяет оптимизировать электромагнитные и механические свойства индуктивной структуры. Разделение частиц на фракции и сортировка частиц позволяют воздействовать на электромагнитные свойства желаемым образом.

Предпочтительно такое решение, когда первый сердечник охватывает катушки полностью, за исключением выводов. Предпочтительно такое решение, когда второй сердечник охватывает первый сердечник и катушки полностью, за исключением выводов. Получение сердечников на основе частиц разных фракций позволяет воздействовать на электромагнитные и механические свойства индуктивной структуры желаемым образом. За счет того что наружный второй сердечник получают на основе более мелких частиц, индуктивная структура имеет гладкую поверхность.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором первый сердечник производят с частицами первой фракции, а второй сердечник производят с частицами второй фракции, отличающимися от частиц первой фракции. Предпочтительно такое решение, когда частицы разделяют на фракции по их форме или размерам. Предпочтительно такое решение, когда частицы разделяют по размерам, в частности, по минимальному и/или максимальному размеру на первую фракцию, крупную, и вторую фракцию, мелкую, то есть, состоящую из частиц более мелких, чем частицы первой фракции. Первую смесь приготовляют из частиц первой фракции и связующего агента. Соответственно, вторую смесь приготовляют из частиц второй фракции и связующего агента. Катушки и первую смесь помещают в первую форму, после чего активируют связующий агент первой смеси, так чтобы частицы первой смеси образовали со связующим агентом первый сердечник. Этот первый сердечник по меньшей мере частично охватывает катушки. Полученный полуфабрикат, содержащий катушки и первый сердечник, и вторую смесь помещают во вторую форму, после чего активируют связующий агент второй смеси, так чтобы частицы второй смеси образовали со связующим агентом второй сердечник. Этот второй сердечник по меньшей мере частично охватывает первый сердечник и катушки. Предпочтительно такое решение, когда первый сердечник охватывает катушки полностью, за исключением выводов. Предпочтительно такое решение, когда второй сердечник охватывает первый сердечник и катушки полностью, за исключением выводов. Получение сердечников на основе частиц разных фракций позволяет воздействовать на электромагнитные и механические свойства индуктивной структуры желаемым образом.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором связующее вещество активируют повышением температуры и/или давления. Связующий агент легко активировать повышением температуры и/или давления смесей. В результате активирования связующего агента частицы связываются между собой с образованием сердечников. В качестве связующего агента можно использовать, например, полимерный материал и/или смолу.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором смеси получают таким образом, чтобы массовое отношение m частиц к связующему агенту находилось в пределах 75/25 ≤ m ≤ 99/1, предпочтительно - в пределах 80/20 ≤ m ≤ 98/2, более предпочтительно - в пределах 85/15 ≤ m ≤ 95/5. Массовое отношение m используют для задания желаемой плотности индуктивной структуры и/или желаемого воздушного зазора в нем. Массовое отношение m - это отношение массы m_P частиц к массе m_B связующего агента. То есть, m=m_P/m_B. Чем больше массовая доля частиц, тем больше плотность индуктивной структуры и/или тем меньше воздушный зазор, и наоборот. Плотность и/или воздушный зазор влияют на характеристику насыщения индуктивной структуры.

Легкое и экономичное производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами обеспечивает способ, в котором базовое тело получают прессованием магнитного материала. Базовое тело легко получить прессованием магнитного материала. Предпочтительно использовать магнитный материал в виде гранул и/или порошка. В составе магнитного материала присутствует по меньшей мере один ферритовый материал. Предпочтительно такое решение, когда магнитный материал получен переработкой и/или активированием по меньшей мере одного сырьевого материала и/или по меньшей мере одного вида магнитных отходов. Предпочтительно такое решение, когда сырьевые материалы и/или магнитные отходы перемешивают и/или подвергают повторной переработке.

Кроме того, целью предлагаемого изобретения является создание индуктивной структуры, которая была бы легка и экономична в производстве и обладала бы улучшенными электромагнитными свойствами.

Эта цель достигается созданием индуктивной структуры, содержащей катушки и магнитные сердечники, которыми, по меньшей мере частично, охвачены катушки, при этом сердечники получены из частиц и связующего агента. Преимущества такой индуктивной структуры соответствуют преимуществам уже описанного способа. В частности, предлагаемая индуктивная структура тоже может быть наделена признаками предлагаемого способа производства индуктивной структуры. Частицы связаны активированным связующим агентом с образованием сердечников. Частицы содержат магнитный материал, в частности, по меньшей мере один ферритовый материал. Частицы имеют соответствующую форму, в частности, соответствующее аспектное отношение и/или соответствующие размеры, как было изложено при описании способа. Соответствующие признаки описаны выше.

Легка и экономична в производстве и обладает улучшенными электромагнитными свойствами такая индуктивная структура, в которой первым сердечником, содержащим частицы первой фракции, по меньшей мере частично охвачены катушки, а вторым сердечником, содержащим частицы второй фракции, по меньшей мере частично охвачены первый сердечник и катушки. Получение сердечников и сортировка используемых для этого частиц позволяет воздействовать на электромагнитные и механические свойства индуктивной структуры желаемым образом.

Другие признаки, преимущества и детали предлагаемого изобретения станут ясны из дальнейшего подробного описания иллюстративных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображена в разрезе предлагаемая индуктивная структура.

На фиг. 2А и фиг 2В изображена постадийная блок-схема технологического процесса производства индуктивной структуры, изображенной на фиг. 1.

На фиг. 3 изображены графики изменения добротности Q в зависимости от времени t и частоты f, при этом верхний график относится к известной индуктивной структуре со сплавом железа, средний - к предлагаемой индуктивной структуре с ферритовым материалом, содержащим марганец и цинк, а нижний - к предлагаемой индуктивной структуре с ферритовым материалом, содержащим никель и цинк.

На фиг. 4 изображены графики изменения потерь P_AC переменного напряжения в зависимости от времени t и частоты f, при этом верхний график относится к известной индуктивной структуре со сплавом железа, средний - к предлагаемой индуктивной структуре с ферритовым материалом, содержащим марганец и цинк, а нижний - к предлагаемой индуктивной структуре с ферритовым материалом, содержащим никель и цинк.

На фиг. 5 изображены графики изменения добротности Q в зависимости от времени t и частоты f для известной индуктивной структуры со сплавом железа.

На фиг. 6 изображены графики изменения добротности Q в зависимости от времени t и частоты f для предлагаемой индуктивной структуры с ферритовым материалом, содержащим никель и цинк.

Индуктивная структура 1 содержит катушку 2, первый сердечник 3 и второй сердечник 4. Катушка 2 может быть, например, цилиндрической. Катушка 2 выполнена из электропроводного материала. Катушка 2 имеет выводы 5 и 6.

Первый сердечник 3 охватывает катушку 2. Первый сердечник 3 содержит частицы P₁ первой фракции, которые связаны между собой первым связующим агентом B₁. Второй сердечник 4 охватывает первый сердечник 3 и катушку 2. Второй сердечник 4 содержит частицы Р₂ второй фракции, которые связаны между собой вторым связующим агентом В₂. Выводы 5 и 6 проведены сквозь первый сердечник 3 и второй сердечник 4 и выведены наружу.

Частицы P₁ первой фракции имеют минимальный размер A_1min и максимальный размер A_1max. Частицы Р₁ первой фракции имеют первое аспектное отношение Α₁, то есть, A₁=A_1min/A_1max. По меньшей мере 70%, предпочтительно- по меньшей мере 80%, более предпочтительно- по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% частиц P₁ первой фракции имеют минимальный размер A_1min в пределах 500 мкм ≤ A_1min ≤ 1000 мкм, предпочтительно - в пределах 600 мкм ≤ A_1min ≤ 900 мкм, более предпочтительно - в пределах 700 мкм ≤ Α_1min ≤ 800 мкм. По меньшей мере 70%, предпочтительно - по меньшей мере 80%, более предпочтительно - по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% частиц P₁ первой фракции имеют аспектное отношение Α₁ в пределах 0,5≤Α₁≤1, предпочтительно - в пределах 0,6≤Α₁≤1, более предпочтительно - в пределах 0,7≤Α₁≤1, еще более предпочтительно - в пределах 0,8≤Α₁≤1 и еще более предпочтительно - в пределах 0,9≤Α₁≤1. Предпочтительно такое решение, когда аспектное отношение Α₁ находится в пределах 0,5≤Α₁≤1, более предпочтительно - в пределах 0,6≤Α₁≤0,9, еще более предпочтительно - в пределах 0,7≤А₁≤0,8. Величина аспектного отношения Α₁ может выбираться в зависимости от желаемого распределения магнитного потока. Выгодные свойства обеспечиваются при А₁ ≈ 0,75.

Частицы Р₂ второй фракции имеют минимальный размер A_2min и максимальный размер A_2max. Частицы Р₂ второй фракции имеют второе аспектное отношение А₂, то есть, А₂=A_2min/A_2max. По меньшей мере 70%, предпочтительно- по меньшей мере 80%, более предпочтительно - по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% частиц Р₂ второй фракции имеют минимальный размер A_2min в пределах 10 мкм ≤ A_2min ≤ 500 мкм, предпочтительно - в пределах 100 мкм ≤ A_2min ≤ 400 мкм, более предпочтительно - в пределах 200 мкм ≤ A_2min ≤ 300 мкм. По меньшей мере 70%, предпочтительно- по меньшей мере 80%, более предпочтительно - по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 95% частиц Р₂ второй фракции имеют аспектное отношение А₂ в пределах 0,5 ≤ А₂ ≤1, предпочтительно - в пределах 0,6 ≤ А₂ ≤ 1, более предпочтительно - в пределах 0,7 ≤ А₂ ≤ 1, еще более предпочтительно - в пределах 0,8 ≤ А₂ ≤ 1 и еще более предпочтительно - в пределах 0,9 ≤ А₂ ≤ 1. Предпочтительно такое решение, когда аспектное отношение А₂ находится в пределах 0,5 ≤ А₂ ≤ 1, более предпочтительно - в пределах 0,6 ≤ А₂ ≤ 0,9, еще более предпочтительно - в пределах 0,7 ≤ А₂ ≤ 0,8. Величина аспектного отношения А₂ может выбираться в зависимости от желаемого распределения магнитного потока. Выгодные свойства обеспечиваются при А₂ ≈ 0,75.

Частицы P₁ первой фракции и частицы Р₂ второй фракции различаются формой, или аспектными отношениями Α₁ и А₂, и/или их размерами, или их минимальными размерами A_1min и A_2min.

Далее предлагаемый способ производства индуктивной структуры 1 описывается со ссылками на фиг. 2.

На стадии S₁ исходные материалы R₁ - R_n смешивают для получения исходной смеси R_M. В качестве исходных материалов R₁ - R_n могут быть использованы, например, сырье и/или отходы, подлежащие повторной переработке. В состав этих исходных материалов R₁ - R_n могут входить, например, оксид цинка (ZnO), оксид марганца (MnO) и/или оксиды железа.

На стадии S₂ исходную смесь R_M активируют и/или прокаливают. При прокаливании исходную смесь R_M, содержащую карбонаты кальция и магния, нагревают, чтобы достичь обезвоживания и/или декомпозиции.

Активированная исходная смесь R_M образует магнитный материал М. Этот магнитный материал Μ может быть, например, в виде порошка и/или гранул. В составе магнитного материала Μ присутствует по меньшей один ферритовый материал, например, ΜnΖn и/или NiZn.

На стадии S₃ магнитный материал Μ спрессовывают для получения базового тела G. Это базовое тело G называют также прессовкой.

На стадии S₄, базовое тело G спекают. Спекание выполняют при температуре T_S, которая больше или равна 1000°С, предпочтительно-больше или равна 1100°С, более предпочтительно- больше или равна 1200°С. Спеченное базовое тело обозначено как G_S.

На стадии S₅, спеченное базовое тело G_S измельчают. Измельчение выполняют, например, с помощью дробильной машины или машины для измельчения (измельчителя). В результате измельчения получаются частицы в целом обозначаемые как Р. Эти частицы Ρ имеют минимальный размер A_min и максимальный размер A_max, которыми определяется аспектное отношение А. А именно, А=A_min/A_max. После измельчения спеченного базового тела G_S аспектные отношения А полученных частиц Ρ варьируют в широком диапазоне. В частности, в результате измельчения получаются также частицы Ρ удлиненной формы, аспектное отношение А которых относительно мало. Для дальнейшей обработки частиц Ρ желательно, чтобы их форма была по возможности близкой к сферической и/или кубической.

На стадии S₆ уменьшают аспектные отношения А частиц Р. Это значит, что максимальный размер A_max частицы Ρ делают ближе к ее минимальному размеру A_min. Для этого частицы Р, например, подвергают обработке с помощью шаровой мельницы. Шаровая мельница имеет барабан и находящиеся в нем шары. Частицы Ρ загружают в барабан, где они при вращении барабана под действием металлических шаров дополнительно измельчаются и/или истираются, что приводит по меньшей мере к частичному уменьшению аспектных отношений А частиц Р.

На стадии S₇ частицы Ρ сортируют по форме и/или размерам. Частицы Ρ разделяют на первую фракцию, содержащую частицы P₁ первой фракции, и вторую фракцию, содержащую частицы Р₂ второй фракции. Частицы P₁ первой фракции имеют минимальный размер A_1min, максимальный размер A_1max. и аспектное отношение А₁, а частицы Р₂ второй фракции имеют минимальный размер A_2min, максимальный размер A_2max и аспектное отношение А₂. Первая фракция содержит более крупные частицы, чем вторая фракция. По меньшей мере для 70% частиц P₁ и Р₂ соблюдаются следующие соотношения: A_1min>A_2min и/или A_1max>A_2min, и/или A_1min>A_2max.

На стадии S₇ частицы Ρ, не отнесенные при сортировке ни к первой, ни ко второй фракции, могут быть возвращены на стадию S₅ для дальнейшего измельчения и/или подвергнуты дальнейшей обработке на стадии S₆. На фиг. 2 это показано пунктирными линиями.

На стадии S₈₁ из частиц Р₁ первой фракции и первого связующего агента B₁ приготовляют первую смесь Х1. Соответственно, на стадии S₈₂ из частиц Р₂ второй фракции и второго связующего агента В₂ приготовляют вторую смесь Х₂. Связующие агенты Β₁ и В₂ могут быть как одним и тем же веществом, так и разными веществами. В качестве связующих агентов B₁ и В₂ можно использовать, например, полимерные материалы и/или смолы.

Первая смесь Χ₁ имеет массовое отношение m₁, представляющее собой отношение массы m_P1 частиц P₁ первой фракции к массе m_B1 связующего агента Β₁. То есть, m₁=m_P1/m_B1. Предпочтительно такое решение, когда массовое отношение m₁ находится в пределах 75/25 ≤ m₁ ≤ 99/1, более предпочтительно- в пределах 80/20 ≤ m₁ ≤ 98/2, еще более предпочтительно - в пределах 85/15 ≤ m₁ ≤ 95/5. Вторая смесь Х₂ имеет массовое отношение m₂ массы m_P2 частиц Р₂ второй фракции к массе m_B2 второго связующего агента В₂. То есть, m₂=m_P2/m_B2. Предпочтительно такое решение, когда массовое отношение m₂ находится в пределах 75/25 ≤ m₂ ≤ 99/1, более предпочтительно - в пределах 80/20 ≤ m₂ ≤ 98/2, еще более предпочтительно - в пределах 85/15 ≤ m₂ ≤ 95/5. Массовое отношение в целом обозначено как m.

На стадии S₉, первую смесь и катушку 2 помещают в первую форму F₁. Затем активируют связующий агент B₁, так что этот первый связующий агент B₁ связывает частицы P₁ первой фракции с образованием первого сердечника 3. Для активации первого связующего агента B₁ первую смесь Χ₁ подвергают действию повышенного давления p₁ и/или повышенной температуры Τ₁. После отверждения связующего агента B₁ первый сердечник 3 с катушкой 2 извлекают из формы.

На стадии S₁₀ первый сердечник 3 с катушкой 2 и вторую смесь Х₂ загружают во вторую форму F₂. Затем активируют второй связующий агент В₂, так что этот второй связующий агент В₂ связывает частицы Р₂ второй фракции с образованием второго сердечника 4. Для активации второго связующего агента В₂ вторую смесь Х₂ подвергают действию повышенного давления р₂ и/или повышенной температуры Т₂. После отверждения второго связующего агента В₂ второй сердечник 4 с первым сердечником 3 и катушкой 2 извлекают из формы.

На стадии S₁₁ путем извлечения из формы получают индуктивную структуру 1.

На фиг. 3 изображены графики, отражающие результаты измерений добротности Q для частот f, равных 100 кГц, 500 кГц и 1 МГц во времени t. Добротность Q индуктивных структур 1 согласно изобретению (средняя и нижняя кривые) более постоянна во времени t, чем добротность известной индуктивной структуры (верхняя кривая). В дополнение к экспериментальным кривым на фиг. 3 показаны сглаженные кривые, по которым легче сравнить постоянство добротности Q.

Сходным образом на фиг. 4 изображены графики, отражающие результаты измерений потерь мощности P_AC переменного напряжения для частот f, равных 400 кГц и 1,2 МГц во времени t. Потери мощности P_AC переменного напряжения индуктивной структуры 1 согласно изобретению (средняя и нижняя кривые) являются более постоянным, чем у известной индуктивной структуры (верхняя кривая). В дополнение к экспериментальным кривым на фиг. 4 показаны сглаженные кривые, по которым легче сравнить постоянство потерь мощности P_AC переменного напряжения.

Индуктивные структуры 1 согласно изобретению практически не подвержены термостарению, благодаря чему поведение электрической схемы, в которой использованы индуктивные структуры 1 согласно изобретению, не изменяется по причине изменения параметров, таких как, например, добротность Q или потери мощности P_AC переменного напряжения со временем t, и работа схемы не нарушается. Сравнение полученных в результате измерений кривых, изображенных на фиг. 5, и полученных в результате измерений кривых, изображенных на фиг. 6, показывает, что добротность Q индуктивной структуры 1 согласно изобретению практически не изменяются со временем t, и индуктивные структуры 1 согласно изобретению практически не подвержены термостарению.

В общем случае предполагается, что индуктивная структура 1 имеет по меньшей мере одну катушку 2. Предпочтительно такое решение, когда индуктивная структура 1 имеет точно одну катушку или точно две катушки.

Частицы Р, полученные измельчением спеченного базового тела G_S, могут быть обработаны и разделены и/или рассортированы любым желаемым образом. Последовательность стадий предлагаемого способа может быть такой, которая здесь описана. Для разделения и/или сортировки частиц могут быть использованы известные фильтры и/или сита. Обработка, разделение и/или сортировка частиц Ρ позволяет задавать электромагнитные свойства индуктивной структуры 1 желаемым образом. Можно задавать, в частности, индуктивность, характеристику насыщения и/или воздушный зазор.

Связующий агент В можно активировать холодным прессованием или горячим прессованием.

Предпочтительно такое решение, когда магнитный материал Μ и, следовательно, сердечники 3, 4 содержат по меньшей мере один ферритовый материал. Ферритовые материалы легкодоступны и недороги. При использовании ферритовых материалов можно обеспечить сравнительно хорошие электромагнитные свойства индуктивной структуры 1. В частности, индуктивная структура 1 имеет высокую индуктивность, желаемую характеристику насыщения, низкие потери и/или может работать при высоком напряжении. При испытаниях на электрическую прочность такие индуктивные компоненты 1 могут выдерживать высокие значения напряжения: переменное напряжение 3 кВ (3 мА, 3 с).

Полученные измельчением спеченного базового тела частицы в целом обозначены как Р. Аспектное отношение этих частиц в целом обозначено как А. Минимальный размер частиц в целом обозначен как A_min. Максимальный размер частиц в целом обозначен как A_max.

Изобретение относится к способу производства индуктивной структуры и к индуктивной структуре. Способ производства индуктивной структуры, в котором базовое тело, содержащее магнитный материал, спекают, а затем измельчают. В результате измельчения получают частицы (Ρ₁, Р₂), которые смешивают со связующим агентом (Βι, В₂) для получения по меньшей мере одной смеси. Смесь и по меньшей мере одну катушку (2) помещают в форму, после чего активируют связующий агент (Β₁, В₂), так чтобы частицы (Р₁, Р₂) со связующим агентом (Β₁, В₂) образовали по меньшей мере один магнитный сердечник, по меньшей мере частично охватывающий катушки. При этом с использованием частиц (P₁) первой фракции получают первый магнитный сердечник, а с использованием частиц (Р₂) второй фракции, которые отличаются от частиц (P₁) первой фракции, получают второй магнитный сердечник. Изобретение обеспечивает легкое производство индуктивной структуры с улучшенными электромагнитными свойствами. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ производства индуктивной структуры, при котором выполняют следующие стадии:

- обеспечивают наличие базового тела (G), содержащего магнитный материал (М),

- спекают базовое тело (G),

- спеченное базовое тело (G_s) измельчают для получения частиц (Р, P₁, Р₂),

- из частиц (P₁, Р₂) и связующего агента (B₁, В₂) приготавливают по меньшей мере одну смесь (X₁, Х₂),

- полученную смесь (X₁, Х₂) и по меньшей мере одну катушку (2) помещают в форму (F₁, F₂) и

- активируют связующий агент (B₁, В₂) в по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂), так чтобы частицы (P₁, Р₂) образовали со связующим агентом (B₁, В₂) по меньшей мере один магнитный сердечник (3, 4), по меньшей мере частично охватывающий по меньшей мере одну катушку (2), при этом с использованием частиц (P₁) первой фракции получают первый магнитный сердечник (3), а с использованием частиц (Р₂) второй фракции, которые отличаются от частиц (P₁) первой фракции, получают второй магнитный сердечник (4).

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что магнитный материал (М) содержит по меньшей мере один ферритовый материал.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что спекание выполняют при температуре T_s, которая больше или равна 1000°С.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что спекаемые частицы (Р, P₁, Р₂) имеют соответствующее аспектное отношение (А) и перед приготовлением смеси (X₁, Х₂) аспектные отношения (А) этих частиц по меньшей мере частично уменьшают.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что перед приготовлением по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂) частицы (Р, P₁, Р₂) обрабатывают с помощью шаровой мельницы.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что перед приготовлением по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂) частицы (Р, P₁, Р₂) сортируют по меньшей мере по одному признаку из следующей группы: форма частиц, размер частиц.

7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что по меньшей мере 70% частиц (Р, P₁, Р₂), используемых для приготовления по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂), имеют аспектное отношение (А) в пределах 0,5≤А≤1.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что по меньшей мере 70% частиц (Р, P₁, Р₂), используемых для приготовления по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂), имеют минимальный размер (A_min) в пределах 10 мкм≤A_min≤1000 мкм.

9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что перед приготовлением по меньшей мере одной смеси (X₁, Х₂) частицы (Р, P₁, Р₂) разделяют на первую фракцию, содержащую частицы (P₁) первой фракции, и вторую фракцию, содержащую частицы (Р₂) второй фракции, которые отличаются от частиц (P₁) первой фракции.

10. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что связующий агент (B₁, В₂) активируют путем повышения значения по меньшей мере одного параметра из следующей группы: температура (T₁, Т₂), давление (p₁, р₂).

11. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что по меньшей мере одну смесь (X₁, Х₂) приготовляют таким образом, чтобы массовое отношение m, являющееся отношением массы частиц (P₁, Р₂) к массе связующего агента (B₁, В₂), находилось в пределах 75/25≤m≤99/1.

12. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что базовое тело (G) получают прессованием магнитного материала (М).

13. Индуктивная структура, содержащая

- по меньшей мере одну катушку (2),

- по меньшей мере один магнитный сердечник (3, 4), по меньшей мере частично охватывающий по меньшей мере одну катушку (2), характеризующаяся тем, что по меньшей мере один магнитный сердечник (3, 4) получен из частиц (P₁, Р₂) и связующего агента (B₁, В₂), при этом по меньшей мере одна катушка (2) по меньшей мере частично охвачена первым магнитным сердечником (3), полученным из частиц (P₁) первой фракции, при этом первый магнитный сердечник (3) и по меньшей мере одна катушка (2) по меньшей мере частично охвачены вторым магнитным сердечником (4), полученным из частиц (Р₂) второй фракции, отличающихся от частиц (P₁) первой фракции.

- по меньшей мере один магнитный сердечник (3, 4), по меньшей мере частично охватывающий по меньшей мере одну катушку (2), характеризующаяся тем, что по меньшей мере один магнитный сердечник (3, 4) получен из частиц (P₁, Р₂) и связующего агента (B₁, В₂), при этом по меньшей мере одна катушка (2) по меньшей мере частично охвачена первым магнитным сердечником (3), полученным из частиц (Р₁) первой фракции, при этом первый магнитный сердечник (3) и по меньшей мере одна катушка (2) по меньшей мере частично охвачены вторым магнитным сердечником (4), полученным из частиц (Р₂) второй фракции, отличающихся от частиц (P₁) первой фракции.